[发明专利]一种马赫-曾德尔电光外调制器的偏置控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种马赫-曾德尔电光外调制器的偏振控制方法及系统。通过本振光与信号光的自相干结果，数字处理后反馈控制调制器DC端的偏置，属于光通信领域。

背景技术

马赫-曾德尔电光外调制器(Mach-Zehnder Modulator，简称MZM)是现代光通信技术中的重要器件，它在各类光技术中被广泛地使用。近年来，光纤通信技术不断发展，业务需求量的逐渐增加和通信手段越来越多样化，对光纤通信系统的性能提出了严苛的要求。MZM在不同的应用中，有不同的DC偏置要求。比如，线性传输时MZM需要偏置在正交点(quad点)，高进制格式传输时MZM需要偏置在谷点(null点)。此外，MZM有一个非常明显的缺陷：它的工作偏置点会随环境(温度，震动等)的变化而改变。这个缺点严重地制约了铌酸锂外调制器的应用。因此，研究和应用中都需要一个能够长时间稳定工作并且有高控制精度的自动偏置控制器。下面是一些已有的关于马赫-曾德尔调制器偏置控制的技术：

1、公开号US 6,687,451 B1方案的链路中带有两个回路，其结构如图1所示，RF回路控制RF信号增益，DC回路控制DC偏置电压。调制器是马赫-曾德尔调制器。链路中产生一个500Hz和一个250Hz的单频信号，分别加在调制器RF端口和DC端口，称为射频抖动和直流抖动。将调制器的输出光经过PD后分为两路，一路经过500Hz的低通滤波，一路经过250Hz的低通滤波。将两路滤波后的信号分别与本振产生的单频信号做减法，通过两个差值调整RF信号增益和DC偏置电压。

2、公开号US 7,369,290 B1的方案同样是用了一个单频导频信号作为反馈信号，其结构如图2所示，不同的是由于MZM的传输特性曲线是一个余弦曲线，因此偏置在正交点时，输出光中导频的基波信号功率最大；偏置在谷底点时，输出光中导频的二次谐波信号功率最大。因而选择偏置在不同的角度时，系统会分别选择导频的基波或者二次谐波功率作为监测量来反馈控制，以达到最好的控制效果。

3、北京信息科技大学的方案同样是在调制器上加入单频信号，其结构如图3所示，不同的是，系统检测的不是单一的导频基波信号或者二次谐波信号，而是基波和二次谐波的功率之比，通过该比值反馈控制直流。这方法的好处在于可以消除激光器功率与链路损耗带来的影响。

4、中兴通讯股份有限公司偏置控制方案，其结构如图4所示，特点在于：启动之前，系统对偏置电压进行了一次线性扫描，然后在所需要的偏置电压上启动导频控制方法，以缩短稳定时间。

5、烽火通信科技有限公司偏置控制方案，其结构如图5所示，最大的特点在于输出端PD之后接了一个对数放大器，对数放大器能够对小信号提供高增益，以控制MZM偏置在特殊的偏置点。

6、公开号US 20110129232A1的方案是富士通提出的基于3×3耦合器的自相干方案，其结构如图6所示，通过3路相差120°的信号，两两相减后求平方和，得到的输出信号即是本振光与信号光自相干的结果，并且与两路相干光之间的相位差无关。通过低通滤波器，可以滤除信号中的高频分量，最后得到传输光中的载波分量。通过该载波分量反馈控制调制器直流偏置。

发明内容

现阶段已有的马赫-曾德尔外调制器自动偏置控制技术，总结起来可以分为两类：基于输出光功率的反馈控制和基于微扰基波、二次谐波功率的反馈控制，这两种方法都有明显的缺点。

基于光功率的反馈控制能够适用于大部分的信号，但是它对射频信号的输入功率非常敏感：在射频信号功率很小时，反馈控制非常有效，随着射频信号功率增大，调制器输出的光功率与偏置角度形成的特性曲线逐渐变得平坦，甚至反向，严重影响了控制精度。

基于微扰的基波、二次谐波的反馈控制，由于引入了额外的单频信号，因此会影响传输链路的性能，带来诸如三阶交调分量上升等问题，此外，它并不能保证适用于所有调制格式的信号。

针对现有技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种新型的马赫-曾德尔电光外调制器的偏置控制方法及系统，能够适用于所有信号的调制格式，并且对射频信号的功率不敏感。

本发明的技术方案为：

一种马赫-曾德尔电光外调制器的偏置控制方法，其步骤为：

1)将一激光器输出的激光分为两路L1、L2，其中一路L1进入马赫-曾德尔电光外调制器进行射频信号调制后，将一部分输出光输入一N×N耦合器的输入端；另一路L2经相位调制后输入到所述N×N耦合器的另一输入端；